爆炸复合板的制备与加工
2205双相不锈钢复合板爆炸_轧制工艺研制
第 22 卷第 2 期 压 力 容 器 总第 147 期
达到用户及相关标准要求 。
图 3 Fe - Cr - Ni 系变温截面图
4 试验结果及讨论
411 爆炸复合试验
爆炸复合试验结果见表 3 。
由表 3 可以看到 2205 双相不锈钢厚复层的爆
(b) 终轧温度 1080 ℃α相比例 65 % ·11 ·
CPVT 2205 双相不锈钢复合板爆炸 —轧制工艺研制 Vol221No2 2005
图 4 终轧温度对相比例的影响
由图 4 可看出随着终轧温度升高 , 铁素体量随 见表 4 ,所以为生产复合板提供了有利条件 , 与其它
14
70 120 80～85 150 85 180 50 65 55 45 38 35
边角不贴合 边角不贴合 边角不贴合
四边贴合 局部不贴合 两角不贴合 两角不贴合 三角不贴合
好 好 好 好
412 终轧温度的控制对相比例的影响
成品相比例检测见图 4 。
(a) 终轧温度 1110 ℃α相比例 75 %
表 3 爆炸复合试验方案
序号 实验药号 药量药高 布药方式 (mm)
聚能方式
间隙 (mm)
起爆点
结果 复合面
1
28 #
70
均布
黑索金正常聚能
18
2
28 #
66
均布
黑索金正常聚能
18
3
30 #
70
均布
黑索金正常聚能
16
4
30 #
68
均布
黑索金正常聚能
18
5
27 #
65
均布
黑索金正常聚能
18
6
爆炸复合板
爆炸不锈钢复合板及其在石化设备上的应用赵路遇黄维学分类号：TG456.6 文献标识码：B文章编号：1003-1545(2000)01-0024-06▲目前不锈钢复合板的生产方法主要有3种：爆炸法、轧制法和爆炸－轧制法。
我国目前主要采用爆炸法生产复合板，该方法生产工艺简单，使用的能源丰富，所生产的复合板性能好，已被广泛应用于石油、化工、制药、船舶、水电等行业，产生了很好的经济效益和社会效益。
1 爆炸焊接机理及工艺爆炸焊接是一种高能率的加工技术，是一种以炸药的爆轰为能源，将两层或多层相同的或不同的金属材料结合为整体材料（复合板）的材料加工工艺。
图1是爆炸焊接装置及焊接过程示意图。
当炸药被引爆后，复板在炸药爆炸释放的能量驱动下加速，当速度稳定时，与基板发生碰撞，从而在碰撞点形成足够的再入射流，靠再入射流清理待结合金属表面的氧化物、氮化物、气体薄膜及附着的水分等，使金属露出活性表面。
同时，金属碰撞产生的高压使金属活性表面紧密接触，通过原子间的作用力，实现两种金属间的可靠连接。
图1 爆炸焊接装置及焊接过程1-炸药;2-缓冲区;3-复板;4-基板;5-基础;6-起爆器；7-爆炸产物;8-再入射流;s-基复板安装间距;VD -炸药爆速;VP-复板运动速度;VCP-碰撞点运动速度;c-碰撞点1.1 实现焊接的必要条件（边界条件）爆炸焊接属于冷焊，要实现良好的焊接必须具备以下3个条件：(1)碰撞速度要超过某一最小值，产生的碰撞压力要大于材料的动态屈服极限，在碰撞点附近产生流体区。
Whitman等人［1］提出的最小碰撞速度vpmin ＝（σb/ρ）1/2。
(2)形成足够稳定的再入射流，产生自清理过程。
产生再入射流，必须具备2个条件，一是动态碰撞角β必须大于某一临界值；二是碰撞点运动的速度要小于声音在该材料中的传播速度。
Crossland等人［1］提出最小碰撞角βmin =k(Hv/ρvcp2)1/2(3)碰撞点运动的速度要大于某一临界值，界面才能呈波状结合特征，否则界面平直、结合强度低。
复合板的制造工艺
复合板的制造工艺复合板的制造工艺一．复合板的制做：1. 制做工艺：采用基层和复层爆炸焊接热轧法复合而成。
2．型式2．1复合板是由基板和复材组成。
2．2复合钢板的形状为矩形、方形、圆形三种。
2．3尺寸规定：复合钢板的爆炸最大宽度为2000mm，最大长度8000mm，最大直径为4000mm，因此基板的规格尽量控制在上述尺寸内。
如遇特殊情况，特别提出。
2．4基板下料尺寸要求：在要求规格的基础上单边余量25mm。
板材超过4000mm，长度方向余量加30mm，宽度方向加余量25m m2．5复板下料要求：在基板加宽的基础上，再加余量25mm。
需要拼接的部分，不开坡口，但要求直口部分无熔渣飞溅。
2．6 基本和复板下料后质量要求：下料边缘必须平滑，无熔渣，豁口。
无论基板还是复板下料后必须宽窄均匀。
3.拼接要求3．1基层板拼接：允许采用焊条电弧焊，埋弧自动焊。
焊前必须彻底清理焊缝及两侧的油污，水锈等杂质。
如遇母材表面有较大凹坑，必须焊接补平，并且磨平。
焊接后必须进行X光检查，100%合格后将焊缝打磨与母材齐平。
3．2复层板焊接：焊接目的达到连接即可。
组对无间隙。
焊接方法：2-3mm板采用手工氩弧焊。
4-8mm板采用焊条电弧焊。
焊材选择：必须采用与母材匹配焊材。
不许乱用焊材。
焊材选用见表1焊接只需在其中一侧进行，另一侧不焊。
焊前在板面上喷洒防飞溅用品。
焊接时严格控制规范参数。
尽量采用小电流，小电压，快速焊。
焊接只需一层连续焊缝。
4．爆炸复合4．1复合板的结合率符合JB4733-1996 第5条要求。
4．2复合板尺寸偏差：复合板整平后复层表面不平度在板宽范围内小于3mm，板长范围内小于8 mm。
4．3复合板表面质量复合后表面不得有气泡、结疤、裂纹、夹杂、折迭等缺陷，且不允许有明显的凹凸不平，复合板经复合热处理、整平热处理后，要求波浪峰值〈1.6mm/m)，其波浪度应<5mm/m且<1/50斜度。
4．4复层钢板焊道的修复复层在复合前的焊接状态仅限于连接，爆炸复合后，必须将原连接焊道用角磨机清除。
锆及锆合金爆炸复合板的制造方法
锆及锆合金爆炸复合板的制造方法【摘要】本文介绍了一种锆及锆合金爆炸复合板制造的详细过程，检验和验收办法。
【关键词】锆及锆合金；爆炸复合板；制造方法0 前言随着我国石油化工、煤化工、精细化工等行业的迅速发展，对设备的耐腐蚀性能提出了更高的要求。
锆材具有优异的抗腐蚀性能，高导热率、足够的热强性以及良好的机械性能，被广泛应用于醋酸工程、烧碱及原子能工业等重要领域的部件、设备和容器制造。
但是因受其产量低和价格昂贵的制约，使得采用纯锆材制造设备、管道等不仅耗资巨大，而且浪费稀有资源。
而是用利用爆炸复合技术制备的锆及锆合金复合板做为容器和管道的主体材料，不仅大大降低了设备的制造成本，并且很好的综合利用了锆材的耐腐蚀性能和钢材的加工技术成熟、强度可靠等优点。
1 制造过程锆及锆合金复合板为三层金属复合板，由基层钢板、覆层锆板和夹在基层钢板和覆层锆板之间的中间层夹板三个组件复合而成。
1.覆层锆板；2.基层钢板；3.中间夹层板其制造按照以下步骤：步骤一，表面抛光处理：分别对组成所述三层金属复合板的各组件的待复合面进行表面抛光处理，并使得覆层锆板、基层钢板与中间层夹板的待复合表面粗糙度Ra均镇≤12.8μm；且经表面抛光处理后，覆层锆板的板厚为1～10mm，基层钢板的板厚为6～200mm，中间层夹板的板厚为1～5mm；所述中间层夹板为中间铜板或者中间钛板。
步骤二，组合装配及爆炸复合：采用一次装配复合法对所述三层金属复合板的三个组件进行组合装配及爆炸复合处理。
采用一次装配复合法对所述三层金属复合板的三个组件进行组合装配及爆炸复合处理时，其处理过程如下：（1）将基层钢板水平铺放在地基或水平操作台面上；（2）通过布设在上下两个平面上的多个硬质金属支撑件，将中间层夹板水平固定安装在基层钢板正上方且将覆层锆板水平固定安装在中间层夹板正上方，且中间层夹板与基层钢板间的间距为2～14mm，中间层夹板与基层钢板间的间距为6～14mm；（3）在覆层锆板上部均匀布设一层爆炸过程中保护覆层锆板的上表面不被损坏的保护层；（4）在保护层上部均匀布设一炸药层，炸药层中的主体炸药为粉状乳化炸药或TNT炸药且其高度为20～80mm；（5）在覆层锆板几何中心部位正上方的炸药层中布设引爆装置；（6）爆炸复合：点燃引爆装置且经瞬间爆轰后，同步完成中间层夹板与覆层锆板之间以及中间层夹板与基层钢板之间的爆炸复合，并制成三层金属复合板初步产品。
爆炸不锈钢复合板及其在石化设备上的应用
爆炸不锈钢复合板工艺及应用目前不锈钢复合板的生产方法主要有3种：爆炸法、轧制法和爆炸－轧制法。
我国目前主要采用爆炸法生产复合板，该方法生产工艺简单，使用的能源丰富，所生产的复合板性能好，已被广泛应用于石油、化工、制药、船舶、水电等行业，产生了很好的经济效益和社会效益。
1 爆炸焊接机理及工艺爆炸焊接是一种高能率的加工技术，是一种以炸药的爆轰为能源，将两层或多层相同的或不同的金属材料结合为整体材料（复合板）的材料加工工艺。
图1是爆炸焊接装置及焊接过程示意图。
当炸药被引爆后，复板在炸药爆炸释放的能量驱动下加速，当速度稳定时，与基板发生碰撞，从而在碰撞点形成足够的再入射流，靠再入射流清理待结合金属表面的氧化物、氮化物、气体薄膜及附着的水分等，使金属露出活性表面。
同时，金属碰撞产生的高压使金属活性表面紧密接触，通过原子间的作用力，实现两种金属间的可靠连接。
图1 爆炸焊接装置及焊接过程1-炸药;2-缓冲区;3-复板;4-基板;5-基础;6-起爆器；7-爆炸产物;8-再入射流;s-基复板安装间距;VD-炸药爆速;VP-复板运动速度;VCP-碰撞点运动速度;c-碰撞点1.1 实现焊接的必要条件（边界条件）爆炸焊接属于冷焊，要实现良好的焊接必须具备以下3个条件：(1)碰撞速度要超过某一最小值，产生的碰撞压力要大于材料的动态屈服极限，在碰撞点附近产生流体区。
Whitman等人［1］提出的最小碰撞速度vpmin＝（σb/ρ）1/2。
(2)形成足够稳定的再入射流，产生自清理过程。
产生再入射流，必须具备2个条件，一是动态碰撞角β必须大于某一临界值；二是碰撞点运动的速度要小于声音在该材料中的传播速度。
Crossland等人［1］提出最小碰撞角βmin=k0(Hv/ρvcp2)1/2(3)碰撞点运动的速度要大于某一临界值，界面才能呈波状结合特征，否则界面平直、结合强度低。
Cowan等人［1］提出最小碰撞点运动速度vcpmin=［2Re(Hv1＋Hv2)/(ρ1+ρ2)］1/2式中ρ—材料密度；Hv—硬度；σb—材料拉伸强度；Re—雷诺数；k0—材料表面状态系数。
金属复合板爆炸焊接生产工艺
金属复合板爆炸焊接生产工艺
一：爆前准备
（1）复板：爆炸复合板复板常规材料有：钛基合金，镍基合金，哈氏合金，不锈钢，双相不锈钢，铜，铝等材料为主。
规格由客户的要求而定制，大多数复板需要拼焊。
焊接的方法有：氩弧焊，等离子焊，电弧焊。
业内通常用氩弧焊焊接，在焊接过程中注意事项有：氩气的纯度要求在百分之99.99，焊接电流根据复板的厚度以及复板的材质而定。
焊接过程中焊缝的正负面都需用保护罩托保，防止焊缝氧化，确保焊接质量。
（2）基板：将制备好的基板先用砂轮去除氧化皮，而后用千页轮抛光，要使表面光滑而无瑕疵。
（3）配板：将拼焊好的复板校平抛光后配在规定的基板上。
复合板爆炸要求，复板必须大于基板。
二：爆炸场地
复合板爆炸场地要求在野外作业，距离居民房屋十公里以外，场地要求土质松软，不得有石头，防止爆炸过程中板面受损。
三：爆炸焊接
根据复合板材料的规格来修复地面的大小（业内称炮台）炮台修好后，将预备好的基板铺平，清理复合面的污垢。
根据工艺来铺垫间隙，而后将复板放置间隙之上。
铺好炸药，插入电雷管，准备施爆。
四：爆后处理
将爆炸成形的复合板清理干净，进行超声波探伤，探伤不合格的部位标记，之后进行修复。
之后进行热处理.热处理的温度根据材料的性能而定。
复合板热处理之后进行校平，校平后二次探伤，防止在校平过程中开裂。
最后将探伤合格的复合板进行切割,抛光.然后成品检验，合格后包装发货。
爆炸复合板
爆炸复合板一、什么是爆炸复合板爆炸复合板即采用爆炸复合法（爆炸焊接法）生产的金属复合板，爆炸复合板一般指爆炸金属复合板。
二、爆炸复合板生产方法将制备好的复板放置在基板之上，然后在复板上铺设一层炸药，利用炸药爆炸时产生的瞬时超高压和超高速冲击能实现金属层间的固态冶金结合。
爆炸复合板生产工艺虽然简单，生产灵活，但是技术要求高，难于精确控制，母材性能（韧性、冲击性能等）、炸药性能（爆速稳定、安全等）、初始参数（单位面积炸药量、基复板间距等）和动态参数（碰撞角、复板碰撞速度等）的选择与系统配合对复合板的成品率及质量有着直接的影响。
复合界面由直接结合区、熔化层和漩涡组成。
结合界面存在原子扩散，结合区发生了严重的塑性变形并伴有加工硬化。
结合面为波状结构，对结合强度和抗拉强度的提高有益。
三、爆炸复合板性能爆炸焊接爆炸复合板不会改变原有材料的化学成分和物理状态，可以根据实际需要，将待复合材料单独处理成所需的最佳状态。
爆炸复合板的应用性能十分优良，可以经受冷、热加工而不改变组合材料的厚度比复合材料的结合强度很高，通常高于组合材料较低的一方，这是其它技术无法达到的。
复合材料在后续的热处理、校平、切割、卷筒、旋压等生产中，不会产生分层或开裂。
对常温和550℃热处理的碳钢表层（近界面层）有严重变形引起的纤维状组织和许多细小颗粒，心部组织为铁素体加珠光体；不锈钢界面为第二相点状组织，心部为针状组织。
但经650℃处理的碳钢样品近界面区小颗粒组织消失（表示可能发生脱碳），晶粒变得粗大，心部组织仍为铁素体加珠光体，但已看不到组织变形所产生的滑移线；而在不锈钢界面则有大量的黑色小颗粒，钛钢复合板可能是脱碳后形成的碳化铬颗粒料的优点于一体，充分发挥了不同金属材料的使用性能，大大节约了稀有金属材料，从而降低设备的生产成本。
铝/钢、铅/钢、钛/钢、银/铜等。
四、爆炸复合板的应用爆炸复合法生产的复合材料已经广泛应用于石油、化工、造船、电子、电力、冶金、机械、航空航天、原子能等工业领域。
锆及锆合金爆炸复合板的制造方法
Ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
第０ ３期
山 东工 业 技 术
２ ０ １ ４ 矩
锆及锆合金爆炸复合板的制造方法
韩 磊 宋 新军 田远 强 （ 威海化工机械有限公司 ， 山东 威海 ２ ６ ４ ２ ０ ３ ）
熟、 强度可靠等优点
图 ２
１ ． 覆层锆板 ； ２ ． 基层钢板 ； ３ ． 中间夹层板 ； ４ ． 硬质金属 支撑件 ； ５ ． 保护层 ； ６ ． 炸药层
１ 制造过程
７ 引 爆装 置： ８ ． 地基
步骤三 ， 退火处理 ： 采 用热处理炉对所述 三层金属复合板初 步产 锆及锆合金 复合板为三层金 属复合板 ． 由基层 钢板 、 覆层锆板 和 退火温 度为 ４ ５ ０ ～ ６ ５ ０ ￣ Ｃ ￣退火时间为 ２ — ６ ｈ 。 夹在基层钢板和覆层锆板之间的中间层夹板三个 组件 复合而成 ， 结构 品进行退火处理 ． 步骤 四， 矫 平处理 ： 采用油压 机或矫平机对经退火处 理后的所述 示 意见图 ｌ 。 三层金属复合板初步产品进行矫平 ． 直至达到设计所需的平整度要求 。
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8.1 概述
不锈钢复合板的优势
◇取代纯不锈钢甚至取代B30和蒙乃尔合金 ◇在等效的情况下降低成本40～50%； ◇节约昂贵的铬、镍合金70～80%； ◇较纯不锈钢具有较好的导热性和再加工性能 ◇具有较大的经济效益和社会效益
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8.1 概述
用爆炸复合法生产不锈钢复合板是 国外商品化生产的主要形式
结合区呈现波状的冶金结合特征； 难于实现自动化生产，而且工人劳动 强度大，生
产成本较高
是金属学、焊接学、爆炸物理学以及 流体力学等多学科发展的产物
11
4) 金属爆炸-轧制复合技术
8.1 概述
利用爆炸复合技术将需要复合的两种或两种以 上的金属板，按一定的厚度配比焊接制成复合 板坯，然后再根据不同的条件和要求，热轧或 冷轧成所需厚度规格的复合板。
22
8.2 爆炸复合加工技术
※ 基、复板复合面的打磨
一般情况下，表面加工越精细则结合质量越好。对于碰撞 速度和趋于最小的碰撞角来说，是需要高精度加工的，表面 粗糙度Ra在2.54μm左右
有色金属：铝板、钛板等在供货时已具有光滑的表面，仅 需要稍微打磨即可
钢铁材料等则需要相当大的工作量，需用车床或刨床进行 加工。在设备上磨光后仍存在有局部缺陷例如压痕等，则采 用手工消除。
目前用包浇-轧制法生产出犁铧、 化学液体专用及船用复合钢板
6
2) 金属轧制复合技术：
利用压力加工工艺生产金 属复合板的工艺技术。有 冷轧复合和热轧复合两种
轧制复合的基本要求： 有强大压力的轧制设备 生产复合板的专业技术
8.1 概述
7
金属轧制复合法的特点
8.1 概述
★ 成产成本较低，产品在市场具有竞争力 ★ 需施加较大的道次压下量，特别是初始道次压下
13
8.1 概述
8.1.2 爆炸复合技术的发展历程
1944年美国的卡尔(L.R.Carl)首先发现并提出爆炸复合法 1957年美国的菲利浦杰克(V.Philipchuk)首次将爆炸焊接引
入到工业工程中，实现了钢板间的爆炸焊接。 1970年时，世界各国的文献已记载了260多种同种或异种
金属爆炸焊接的成功事例 1964年，大连爆炸加工研究所建立，我国开始爆炸复合加
❖ 俄罗斯复合板产量约占钢产量的万分之三 ❖ 日本不锈钢产量的约1%是用于制造复合板的，
2001年不锈钢复合板产量为49万吨。 ❖ 美国生产复合板的厂家主要有杜邦公司、路易斯维
尔公司、俄勒岗公司等，并在七十年代将复合板列 入重点研究计划之内 ❖ 英国、法国及加拿大等国也在大力发展该产品
18
8.2 爆炸复合加工技术
工的研究，1966年11月终于诞生了国内第一张爆炸焊接复 合板
14
8.1 概述
大连爆炸加工研究所
15
1 概述
8.1.3 不锈钢复合板的爆炸加工
基 板：碳钢 复 板：不锈钢（厚度0.1-3.0mm） 包覆形式：单层或双层包覆 应用领域：
轻工、化工、石油、海水淡化、核工业、 制盐制碱、食品工业、 建筑装璜等
4
日本川崎钢铁公司
8.1 概述
防氧化的易燃 性有机树脂 基材：碳钢 复材：不锈钢
5
可防止基层表面氧化
8.1 概述
可防止钢液中的氧化物向界面附着，保持结合界 面的洁净，提高界面结合力
通过改进浇注工艺防止复层钢板的熔损
粗轧时首尾交替咬入法轧制改善复合比的均匀分 布
用单面限制冷却的温差矫直来保证产品的平直度
成本提高 资源浪费
2
双金属复合材料
8.1 概述
包覆材料 基体材料 包覆材料
包覆材料 基体材料
优点： 满足使用要求 降低成本 节省资源
可再加工 3
8.1 概述
8.1.1 双(多)金属复合材料的加工方法
1）包浇—轧制法
基材：碳钢 复材：不锈钢
通过固液相包浇结合后进行轧制。 工艺简单，但基复板厚度难以控制。
8 爆炸复合板
8.1 概述 8.2 爆炸复合加工技术 8.3 爆炸复合板坯界面组织 8.4 复合板的轧制 8.5 展望
1
8.1 概述
8.1 概述
◆ 工业技术的发展，对结构材料的要求也越来越高：
高强度 高韧性 耐高温性能 耐磨性能
◆ 传统的钢铁产品→优质或贵重的材料： 不锈钢 工具钢 模具钢 稀有金属 有色金属 陶瓷材料
表面经过处理的板料，若不是随即进行爆炸复合，必须防
金属爆炸复合技术是 利用炸药瞬间产生的巨 大能量将两种或多种相 似或不相似的材料瞬间 复合在一起的一种复合 材料加工技术
8.1 概述
能将性能完全不同的金属焊接成一体
10
8.1 概述
金属爆炸复合技术的其他特点
加载速度快，即加载过程的瞬间性 施加于工件高压脉冲载荷，加载应力远高于金属
材料的屈服强度；
此法是综合爆炸复合技术和轧制复合技术各自 的优点而发展起来的一种新的联合技术。
12
8.1 概述
爆炸-轧制复合技术的优点
爆炸复合发制坯，保证了两层或三层金属板结 合区的焊接质量
摒弃了轧制复合制坯的困难和麻烦 生产效率高，成品率也高 复合板产品尺寸精度高，表面质量好 可生产大面积无焊缝的各类复合板
复板：通常选择耐腐蚀性、耐热性、耐磨性
好的，或具有所要求的某种特殊性能的板材， 而且其厚度通常比基板薄得多。
复板的厚度与基板厚度的比值叫做复合 比，实际采用的复合比一般为10～20%
21
8.2 爆炸复合加工技术
※ 基、复板的附加尺寸
◆ 考虑边缘效应：基、复板+50～150mm ◆ 脆性的复板材料：基板+25～50mm ◆ 材质软、韧性好的复板 ：基、复板尺寸相同
8.2 爆炸复合加工技术
又称为爆炸焊接，是利用炸药爆炸时释放能量 的高能率加工技术来实现固相焊接的方法。 金属学 焊接学 爆炸物理学 流体力学
爆炸焊接
压力焊 熔化焊 扩散焊 19
8.2.1 典型工艺流程
8.2 爆炸复合加工技术
20
1） 复合板材料的准备
8.2 爆炸复合加工技术
通常称被包覆的材料为基板，用来包覆的材 料为复板。
量要大，需要大功率的轧钢设备 ★ 从原材料到成品可连续生产，适合于大批量生产 ★ 在轧制过程中存在基、复材变形不均匀、复层厚
度不易控制的问题 ★ 界面结合强度不高
8
8.1 概述
界面间添加中间金属的复合工艺
复板 中间金属（10 μm ） 基板
添加中间金属的方法：
嵌入金属片、箔 喷、镀、沉积层膜等
9
3) 金属爆炸复合技术